新型抗菌除臭再生纤维素纤维性能的研究

摘要：为了使再生纤维素纤维具备抗菌除臭功能，通过共混法将绿茶提取物水溶液和咖啡炭粉末水化液按照一定配比添加到再生纤维素纤维纺丝原液中，利用湿法纺丝工艺制备出新型抗菌除臭再生纤维素纤维，测试其基本性能以及抗菌、除臭功能。结果表明：与普通再生纤维素纤维相比，其纵向结构未发生明显变化，断裂强力、初始模量、断裂功减小，断裂伸长率略有增大，比电阻减小，抑菌率达到了国家标准对抗菌效果的相关规定，除臭效果远超《SEK标志纤维制品认证基准》中规定的合格标准。

关键词：再生纤维素纤维;绿茶提取物;咖啡炭;抗菌除臭

中图分类号：TS102.6

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2021）01-0036-05

Abstract：Inordertomaketheregeneratedcellulosefibershavetheanti-bacterialanddeodorantfunction，thewatersolutionofgreenteaextractandthehydrationsolutionofcoffeecharcoalpowderwereaddedintothespinningsolutionofregeneratedcellulosefibersbyblendingmethodaccordingtoacertainproportion.Anewtypeofanti-bacterialanddeodorantregeneratedcellulosefiberswaspreparedbywetspinningprocess，andtheirbasicproperties，antimicrobialanddeodorantfunctionsweretested.Theresultsshowedthatcomparedwithcommonregeneratedcellulosefibers，thelongitudinalstructureofregeneratedcellulosefibersdidnotchangesignificantly，whilethebreakingstrength，initialmodulusandfractureworkdecreased，andtheelongationatbreakincreasedslightly.Besides，thespecificresistancedecreased，andtheantibacterialratereachedtherelevantprovisionsofnationalstandardforantibacterialeffect.ThedeodorizationeffectwasfarbeyondthequalifiedstandardstipulatedintheStandardforCertificationofSEKMarkedFiberProducts.

Keywords：regeneratedcellulosefiber;greenteaextract;coffeecharcoal;antibacterialanddeodorant

作者簡介：吴炳烨（1991-），男，山东青岛人，硕士研究生，主要从事功能纤维材料及纺织品检测方面的研究。

纺织产品在人们的日常生活中有着不可取代的作用，进入21世纪以来，中国的经济、社会文化建设进入高速发展阶段，“绿色·环保”成为社会的主旋律[1]，因此，更为环保、更为健康的绿色生活方式越来越受到人们的欢迎。

以纤维素为原料制成的再生纤维素纤维具有柔软舒适、吸湿性好的特点[2]，且可生物降解，生产过程中对环境污染程度较小，但普通的再生纤维素纤维本身没有抗菌、除臭效果，基于现状，选择绿茶提取物和咖啡炭粉末为功能剂，制备出新型抗菌除臭再生纤维素纤维，在保持再生纤维素纤维原有优良特性基础上，赋予其良好的抗菌、除臭功能[3]，且对人体皮肤没有刺激性，更加契合人们对环保、健康生活的追求。

1实验

1.1实验材料与仪器

实验材料：普通再生纤维素纤维，38mm，1.67dtex;再生纤维素纤维纺丝原液（纤维素含量为8.9%，山东银鹰化纤有限公司）;绿茶提取物（茶多酚含量为98%，西安霖草生物工程有限公司）;咖啡渣（雕刻时光咖啡馆）。

实验试剂：硫酸（AR，质量分数为98%）、氢氧化钠（AR）、氨水（AR）、醋酸（AR）、异戊酸（AR）、2-壬烯醛（AR）（国药集团化学试剂有限公司）;金黄色葡萄球菌（ATCC6538）、大肠杆菌（ATCC25922）、白色念珠菌（ATCC10231）（北京中源合聚生物科技有限公司）。

实验仪器：SYMF-700型马弗炉（绍兴市苏珀仪器有限公司）;SE-750型粉碎机（北京中兴伟业仪器有限公司）;XQM-4型球磨机（长沙德科仪器设备有限公司）;JHY6100-H型激光粒度仪（北京凌云光子技术有限公司）;LLY-06型电子单纤维强力仪（莱州市电子仪器有限公司）;YG321型纤维比电阻仪（常州市第一纺织设备有限公司）;ZD-85气浴恒温振荡器（常州峥嵘仪器有限公司）;恒温恒湿培养箱（天津赛得利斯实验分析仪器制造厂）;检知管，7890B-5977A型气质联用仪（安捷伦科技有限公司）。

1.2实验方法

1.2.1抗菌除臭再生纤维素纤维的制备

精确称取25.00g绿茶提取物，以蒸馏水为溶剂进行溶解，溶剂的量控制为100mL，调节电子搅拌器转速为200r/min，搅拌1h，使绿茶提取物充分溶解，以抽滤装置滤去残渣（过滤2～3次），即配制成质量分数为20%的水溶液，备用。

将废弃的咖啡渣放于80℃的烘箱中烘干1h，控制其含水率在10%以下。然后将其放入SYMF-700型马弗炉中，温度810℃炭化处理2h，关闭仪器，待其冷却后取出，用300目筛网筛去灰分，剩余块状物质即为所制得的咖啡炭。将块状咖啡炭放入SE-750型粉碎机中将其粉化，得到纳米级咖啡炭粉，再放入XQM-4型球磨机中，转速设为200r/min，球磨4h，取出测试其粒径，D90=1.9μm，符合再生纤维素纤维纺丝的要求[4]。精确称取此咖啡炭粉末25.00g，以蒸馏水为分散剂进行分散，分散剂的量控制为100mL，调节电子搅拌器转速为150r/min，搅拌10min，即配制成质量分数为20%的水化液，备用。

按照每100mL纺丝原液中加入4mL咖啡炭粉末水化液和3.5mL绿茶提取物水溶液的比例配置共混纺丝液，将配制好的纺丝液用电子搅拌器快速搅拌，待其混合均匀后，放于25℃的室温下静置2h，然后过滤、脱泡、熟成[5]，按照纺制普通再生纤维素纤维的湿法纺丝工艺制备出单纤长度为38mm、线密度为1.67dtex的新型抗菌除臭再生纤维素纤维。

1.2.2性能测试

在JSM-6390LV掃描电镜下（放大2000倍）观察普通再生纤维素纤维和新型抗菌除臭再生纤维素纤维的纵向表面形态。

参照GB/T14337—2008《化学纤维短纤维拉伸性能试验方法》，按照单纤维强力仪的操作规范，测试普通再生纤维素纤维和新型抗菌除臭再生纤维素纤维的基本机械性能。

参照GB/T14342—2015《短纤维比电阻试验方法》，测试普通再生纤维素纤维和新型抗菌除臭再生纤维素纤维在一定几何形状下的电阻值，根据纤维的填充度换算成比电阻值，以此来反映其静电性能[6]。

参照GB/T20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》，以10倍稀释法将菌液稀释到合适倍数并培养，根据18h后对照样和实验样活菌浓度的平均值计算新型抗菌除臭再生纤维素纤维的抑菌率。

参照GB/T33610.2—2017《纺织品消臭性能的测定第2部分：检知管法》，对消除氨气、醋酸的效果进行评价。参照日本纤维评价技术协会对纺织品实施消臭加工标识认证的标准《SEK标志纤维制品认证基准》[7-9]，根据GC-MS法中的定量分析法，对消除异戊酸、2-壬烯醛的效果进行评价。

1.2.3计算活菌浓度

选择菌落数大于30CFU且小于300CFU的平板进行计数，且保证两平行平板间菌落数差值不超过15%，取两者平均值。按式（1）计算活菌浓度。

2结果与分析

2.1纵向形态

普通再生纤维素纤维和新型抗菌除臭再生纤维素纤维的纵向表面形态（放大2000倍）如图1、图2所示。

从图1和图2可以看出，普通再生纤维素纤维和新型抗菌除臭再生纤维素纤维的表面均有纵向沟槽，前者沟槽外缘平滑饱满，后者凹凸起伏，并且由于添加了2种功能剂，使新型抗菌除臭再生纤维素纤维的沟槽变得更深，沟槽数量明显增加。正是由于这些变化，增大其比表面积，使其能够接触更多异味成分，将除臭的功能发挥充分，另外，从图2中可看出，新型抗菌除臭再生纤维素纤维表面明显比普通再生纤维素纤维粗糙，并隐约可见微小颗粒状物质，也从侧面反映了咖啡炭的粉末的加入。

2.2力学性能

普通再生纤维素纤维和新型抗菌除臭功能性再生纤维素纤维在25℃的室温环境下测得的基本机械性能指标（干态和湿态条件下）如表1所示。

由表1可知，在25℃的室温条件下，新型抗菌除臭再生纤维素纤维除断裂伸长率外其他基本机械性能均小于普通再生纤维素纤维。这是由于在纺丝原液中加入绿茶提取物水溶液和咖啡炭水化液后，在一定程度上改变了纤维的聚集态结构[10]，导致其机械性能有所不同，但变化并不是很大，不影响其后续的服用性能。另外，将纤维浸没于水中，得到湿态下的纤维，由于扩散作用，导致纤维内部进入大量水分子，增大纤维素分子间隙，使其作用力减弱，影响了其基本机械性能，使初始模量、断裂功和断裂强度均减小，但断裂伸长率不降反升，可能由于其吸水膨胀造成的。

2.3静电性能

经测试并计算，新型抗菌除臭再生纤维素纤维的质量比电阻和体积比电阻值如表2所示。

在生产再生纤维素纤维时，为预防静电产生，便于后续纺纱，需对质量比电阻进行严格控制，要求在109Ω·g/cm2以下[11]。由表2可知，所测2种纤维的比电阻值的数量级均为107，完全能够满足后续纺纱工艺对纤维比电阻的要求。同时，可以看出新型抗菌除臭再生纤维素纤维的2种比电阻值均小于普通再生纤维素纤维，由此可推断，由于绿茶提取物水溶液和咖啡炭粉末水化液的添加，改变了纤维的比电阻值，增强其导电性能，可有效降低新型抗菌除臭再生纤维素纤维在生产和加工过程中静电积聚现象的产生。

2.4抗菌功能

新型抗菌除臭再生纤维素纤维经一定次数水洗以后，按照相关方法测试其对3种菌的抑菌率，测试结果见表3。

由表3可以看出，新型抗菌除臭再生纤维素纤维经水洗20次之后，与未经水洗时相比，抑菌率有所减小，但变化幅度不大，均表现出了较强的抑制活性。这是由于新型抗菌除臭再生纤维素纤维中含有的绿茶提取物和咖啡炭都具有抗菌功能，对细菌和真菌都具有较强的抑制作用，且通过湿法纺丝工艺将2种功能剂分散于纤维内部，具有较好的耐水洗效果。

2.5除臭功能

要验证纺织品是否具有除臭效果，需要测试其对4种异味成分的减少率，包括2-壬烯醛、氨气、醋酸和异戊酸，对新型抗菌除臭再生纤维素纤维的测试结果见表4。

从表4可以看出，新型抗菌除臭再生纤维素纤维消除异戊酸的能力最好，对异戊酸的减少率达到95.0%，对醋酸的消除能力最差，减少率为86.0%，但对4种异味成分的减少率均超过了《SEK标志纤维制品认证基准》中规定的合格标准。由于纤维中添加了咖啡炭粉末，这些粉末具有微孔结构，比表面积较大，对异味成分有较强吸附效果，所以赋予纤维极佳的除臭功能。

3结论

a）将绿茶提取物水溶液、咖啡炭水化液与再生纤维素纤维纺丝原液共混，制成新型抗菌除臭再生纤维素纤维，其纵向结构未发生明显变化，基本力学性能和静电性能均能满足后续纺纱织造的需求。

b）新型抗菌除臭再生纤维素纤维在2种功能剂的作用下，具有较好的抗菌、除臭效果。同时，纤维所具有的抗菌效果可以杀灭部分细菌，阻碍了细菌的滋生，使得因细菌分解人体分泌物所产生的异味成分大量减少，亦可间接除臭，从而使除臭效果达到最佳。

c）由于功能剂存在于纤维内部，因此其抗菌、除臭效果较为持久，具有良好的耐水洗效果，适合生产毛巾、运动服、内衣、袜子及床品，亦可用于医疗保健领域。

参考文献：

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